《船舶导航雷达》PPT课件.ppt

第四篇第四篇￿￿￿￿航海航海仪器器第九章第九章￿ ￿船舶船舶导航雷达航雷达 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第九章￿￿船舶导航雷达 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第九章￿￿船舶导航雷达￿￿￿￿★￿★￿什么是雷达呢？什么是雷达呢？ 雷达雷达发射微波脉冲（即射微波脉冲（即电磁波）磁波）对目目标进行照行照射，同射，同时接收接收目目标对电磁波的反射磁波的反射回波，从而回波，从而发现目目标并并测定其参数定其参数，即利用，即利用电磁波来完成磁波来完成对目目标的的成像、成像、识别、、检测、定位和跟踪定位和跟踪 电磁波具有似光性，在地球表面近似磁波具有似光性，在地球表面近似以光速直以光速直线传播播，遇到物体后会被反射回去遇到物体后会被反射回去 英文：英文：Radar---Radio Detection And Ranging，即无，即无线电探探测与与测距。

距￿￿￿★￿￿￿￿￿★￿￿应用于船舶用于船舶导航的雷达成航的雷达成为船舶船舶导航雷达航雷达（（Shipborne Navigation Radar），亦称航海雷达），亦称航海雷达（（Marine Radar）或船用雷达，在航海中通常）或船用雷达，在航海中通常简称称雷雷￿ ￿达  秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第九章￿￿船舶导航雷达￿￿￿￿●●￿ ￿IMO在雷达性能在雷达性能标准中指出准中指出:雷达通雷达通过显示示和和识别其他水面船只、障碍物和危其他水面船只、障碍物和危险物、物、导航目航目标和海岸和海岸线等相等相对于本船的位置，于本船的位置，来帮助船舶安来帮助船舶安全全导航和避免碰撞航和避免碰撞￿￿￿￿●￿￿￿￿￿●￿雷达雷达能能够及及时发现远距离弱小目距离弱小目标，精，精确确测量本船相量本船相对目目标的距离和方位，确定船舶位的距离和方位，确定船舶位置，引置，引导船舶航行通船舶航行通过传感器的支持，雷达感器的支持，雷达还具具备了目了目标识别与跟踪、地理参考信息与跟踪、地理参考信息显示等功示等功能，能能，能够更好地避免船舶碰撞，保障航行安全。

更好地避免船舶碰撞，保障航行安全 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第九章￿￿船舶导航雷达￿ ￿第一第一节￿￿￿￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理 第二第二节￿￿￿￿雷达雷达观测性能与性能与观测技技术 第三第三节￿￿￿￿目目标观测特性特性 第四第四节￿￿￿￿影响雷达正常影响雷达正常观测的因素的因素 第五第五节￿￿￿￿雷达定位与雷达定位与导航航￿￿￿￿第六第六节￿￿￿￿雷达目雷达目标跟踪跟踪 第七第七节￿￿￿￿雷达雷达显示示AIS报告目告目标 第八第八节￿￿￿￿影响目影响目标跟踪精度的因素跟踪精度的因素 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理￿￿￿￿￿￿￿￿在雷达工作在雷达工作环境中，能境中，能够反射雷达波的物反射雷达波的物体，如岸体，如岸线、、岛屿、船舶、浮、船舶、浮标、海浪、雨雪、、海浪、雨雪、云云雾等等，等等，统称称为目目标。

这些目些目标的雷达反射的雷达反射波被雷达天波被雷达天线接收后接收后经过接收系接收系统处理，最理，最终在在显示器上示器上显示示为加加强亮点，亮点，这些加些加强亮点就亮点就是是目目标回波回波￿￿￿￿￿￿￿￿雷达系雷达系统将雷达将雷达传感器探感器探测到的本船周到的本船周围目目标以平面位置以平面位置图像的方式像的方式显示在屏幕上示在屏幕上 ► 目目标距离和方位的距离和方位的测量都是在量都是在显示器上通示器上通过测量目量目标回波来完成的回波来完成的 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理本船周本船周围有一有一岛屿，另有，另有一目一目标船与本船相向行船与本船相向行驶B图为海平面海平面俯俯视图，本船，本船航向航向000°，目，目标船航行在本船航行在本船右舷，船右舷，岛屿在本船左舷后在本船左舷后C图为雷达屏幕，雷达屏幕，扫描描中心（起始点）中心（起始点）为本船本船参考位置，量程参考位置，量程为12n mile，即在雷达屏幕上，即在雷达屏幕上显示了以本船示了以本船为中心中心12n mile为半径的本船半径的本船周周围海域的雷达回波。

海域的雷达回波n雷达雷达图像基本元素像基本元素 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿统一公共基准点一公共基准点CCRP（（Consistence Common Reference Point）：是雷达）：是雷达IBS（情（情报系系统库Information Bank Sysrem）中的重要）中的重要组成部分，是雷达成部分，是雷达测量目量目标所得到的数据如距离、所得到的数据如距离、方位、相方位、相对航向和航速、本船与目航向和航速、本船与目标船的最近会船的最近会遇距离（遇距离（Distance to the Closet Point of Approach，，CPA)和航行到最近会遇距离所需和航行到最近会遇距离所需时间（（Time to the Closet Point of Approach，，TCPA）等的）等的参考点参考点，通常是雷达天，通常是雷达天线辐射器在射器在雷达屏幕上的雷达屏幕上的对应位置。

位置 ￿￿￿￿最性能最性能标准要求准要求CCRP可以由可以由驾驶员根据需根据需要要设置，典型位置通常置，典型位置通常为驾驶台指台指挥位置位置 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理￿￿￿￿在雷达屏幕上，在雷达屏幕上，HL（（Head Line）称）称为船首船首线，指示，指示船首方向，来自本船艏向装置（船首方向，来自本船艏向装置（THD）或陀螺）或陀螺罗经 发自于自于扫描起始点的径向描起始点的径向扫描描线在屏幕上沿在屏幕上沿顺时针方方向匀速向匀速转动，，转动周期与雷达天周期与雷达天线在空在空间的的转动周明一致周明一致 屏幕上等屏幕上等间距的同心距的同心圆称称为固定距固定距标圈圈（（Range Ring，，RR），每圈），每圈间隔隔2n mile，用来估算日，用来估算日标的距离与固定的距离与固定距距标圈同心的虚圈同心的虚线圆是是活活动距距标圈圈（（Variable Range Mark，，VRM），它可以由操作者随意），它可以由操作者随意调整半径，借助数据整半径，借助数据读出出窗口的指示窗口的指示测量目量目标的准确距离。

的准确距离￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿EBL（（Electronic Bearing Line））称称为电子方位子方位线，通，通过面板操作控制其在屏幕的指向，借助数据面板操作控制其在屏幕的指向，借助数据读出窗口出窗口的指示或屏幕的指示或屏幕边缘显示的方位刻度，示的方位刻度，测量目量目标的方位￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿很多雷达将很多雷达将VRM/EBL联动，称，称为电子距离方位子距离方位线（（ Electronic Range/ Bearing Line，，ERBL））,可以通可以通过一次性操作同一次性操作同时测量目量目标的距离和方位的距离和方位 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿早期的雷达早期的雷达显示器也称示器也称PPI（平面位置（平面位置显示器）示器），，现代雷达采用平代雷达采用平面光面光栅显示器取代示器取代了了PPI，如右，如右图屏幕上包括了雷达屏幕上包括了雷达图像区域、操作菜像区域、操作菜单区域、状区域、状态指示指示区域、数据区域、数据显示区示区域等。

域等￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿通常，雷通常，雷达屏幕上除了达屏幕上除了显示示岛屿、岸、岸线、、导航航标忐、船舶等忐、船舶等对船船舶舶导航避碰安全航航避碰安全航行有用的各种回波行有用的各种回波之外，之外，还无法避免无法避免地地显示示出各种出各种驾驶员不希望看到的回波，如海浪、雨雪、同不希望看到的回波，如海浪、雨雪、同频干干扰、云、云雾、噪声、假、噪声、假回波等一个回波等一个专业的雷达的雷达观测者，者，应能能够在各种在各种杂波干波干扰和复和复杂屏幕背景中分屏幕背景中分辨出有用回波，引辨出有用回波，引导船舶安全航行船舶安全航行 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理雷达雷达图像的特点像的特点：：￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿由于雷达由于雷达设备自身的性能、大气自身的性能、大气传播的条件、播的条件、目目标的反射能力以及周的反射能力以及周围环境的境的变化都会影响雷达化都会影响雷达图像像的形成与的形成与质量，使雷达探量，使雷达探测到的目到的目标回波回波图像与真像与真实目目标相比，可能会有很大的相比，可能会有很大的变形，比如：形，比如： ► 雷达回波雷达回波图像像类似目似目标迎迎问天天线面的垂直投影；面的垂直投影； ► 雷达只能探雷达只能探测目目标的前沿，后沿被遮的前沿，后沿被遮挡的部分无法的部分无法 ￿ ￿探探测和和显示；示；￿￿￿￿► 目目标的低矮部分（如沙的低矮部分（如沙滩）可能会被遮）可能会被遮挡或回波或回波微微 弱，也无法被探弱，也无法被探测到；到；￿￿￿￿► 雷达雷达发射脉冲的射脉冲的宽度会使探度会使探测到的回波到的回波发生后沿生后沿 ““拖尾拖尾””现象，造成回波与象，造成回波与实际目目标形状不相符；形状不相符； ► 雷达屏幕像素尺寸使回波的位置向周雷达屏幕像素尺寸使回波的位置向周围扩展；展； 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理 ► 雷达的雷达的辐射波束射波束宽度引起回波沿周方向度引起回波沿周方向扩展，造成展，造成 回波向左右回波向左右扩展；展； ► 船舶运船舶运动、涌浪波、涌浪波动及雷达及雷达设备因素引起回波位置因素引起回波位置￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿闪烁不定，目不定，目标边缘不清晰；不清晰； ► 地球曲率影响雷达地平距离，地球曲率影响雷达地平距离，远距离高大目距离高大目标只有只有 ￿￿￿￿￿￿顶端能端能够被探被探测到，到，图像与目像与目标原貌甚至完全不同；原貌甚至完全不同； ► 目目标对雷达波的反射能力不同，造成回破雷达波的反射能力不同，造成回破强度差度差别 好大，好大，图像明暗不均；像明暗不均； ► 由于气象海况以及船舶吃水的由于气象海况以及船舶吃水的变化，即使在同一海化，即使在同一海 域，船舶不同航次，回波域，船舶不同航次，回波图像也会有差像也会有差别；； ► 雷达雷达图像是像是动态图像，像，观测习惯和个人操作能力不和个人操作能力不 同，同，对图像的解像的解释因人而异；因人而异；￿￿￿￿￿￿★★★★★★￿ ￿由于以上所有因素由于以上所有因素综合影响，使雷达合影响，使雷达图像像经常常 很很难与海与海图和和视觉影响相影响相对应。

第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理 雷达雷达测距原理距原理￿￿￿￿￿￿利用利用电磁波特性：磁波特性： （（1）直接）直接传播（微波波段）播（微波波段） （（2）匀速）匀速传播（同一媒播（同一媒质中）中） （（3）反射特性（在任何两种媒）反射特性（在任何两种媒质的的边界面）界面）发射射时刻：刻：t1到达目到达目标的的时刻：刻：t1+（（t2 - t1））/2目目标P R￿￿￿￿￿￿￿￿假假设雷达雷达发射射电磁波脉冲的磁波脉冲的时刻刻为t1，接收反射回来的，接收反射回来的电磁波脉冲的磁波脉冲的时刻刻为t2，，电磁波往返于雷达天磁波往返于雷达天线与目与目标之之间的的时间为△△t，，则△△t=t2 – t1，，电磁波磁波在空在空间传播的速播的速￿ ￿度度为C（（约3×108m/s），），则目目标的距离：的距离：R=C*△△t/2￿￿￿￿￿￿￿￿为了能在雷达屏幕上了能在雷达屏幕上测量本船到目量本船到目标船的距离，工程船的距离，工程师将将电子从子从雷达回波雷达回波图像区域中心像区域中心扫描到描到边缘的的时间（（扫描描线长度）度）设计成正好成正好对应于雷达所于雷达所选用量程的用量程的电磁波往返磁波往返传播播时间。

例如：雷达例如：雷达12n mile的量程相当于雷达波的量程相当于雷达波传播了播了24n mile，所花，所花费的的时间是是148.2μs，即，即扫描描线的的长度也度也应为148.2μs ，从而使在，从而使在12n mile以内的任意海上目以内的任意海上目标与本船的距离，与屏幕上目与本船的距离，与屏幕上目标显示的位置到回波示的位置到回波图像区域中心的位像区域中心的位置相准确置相准确对应，，这样，，驾驶员就可以利用距离就可以利用距离测量工具（量工具（RR或或VRM）估算或准确）估算或准确测量目量目标的距离接收接收时刻：刻：t2第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理 雷达雷达测方位原理方位原理（（1）利用）利用电磁波特性磁波特性2）雷达天）雷达天线是定向是定向圆周周 ￿ ￿扫描天描天线，在水平面内，，在水平面内， 天天线辐射射宽度度1°，所以，所以对 于每一特定于每一特定时刻，雷达只刻，雷达只 能向一个方向能向一个方向发射射电磁波，磁波， 船舶天船舶天线俯俯视图ββ扫描描线显示器示器船首船首线固定方位圈固定方位圈0°刻度方向刻度方向天天线的的辐射方向射方向（很尖（很尖锐））实际的的船首船首线￿￿￿￿同同时也只能在也只能在这个方向上接收目个方向上接收目标回波，回波，实现这个方向的个方向的测向。

向 同同时雷达天雷达天线在空中以船首在空中以船首为方位参考基准，方位参考基准，环360 °匀速匀速转动，， 从而从而实现不同方位的不同方位的测向，天向，天线转速大速大约为为20RPM3）雷达方位）雷达方位扫描系描系统能能够以以优于于0.1 °的方位量化的方位量化值，将天，将天线 相相对于船艏的于船艏的转动方位准确地方位准确地记录在存在存储器中，并按照器中，并按照显示的要示的要 求从存求从存储器中器中读出数据和送到屏幕出数据和送到屏幕显示于是天示于是天线所探所探测目目标的的 相相对方位就能方位就能够准确地准确地显示在屏幕上，借助于示在屏幕上，借助于电子方位子方位线，就可，就可 以以测量出目量出目标的舷角本船的航向知道的，因此也就可以得到目的舷角本船的航向知道的，因此也就可以得到目 ￿ ￿标的真方位了的真方位了第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理雷达雷达显示方式示方式￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿雷达雷达设有不同的有不同的图像像显示方式以示方式以满足在不同航行足在不同航行环境下境下的的驾驶员观测需要，从而保需要，从而保证船舶航行安全船舶航行安全显示方式示方式相相对运运动（（RM））船首向上（船首向上（H-up））相相对方位方位真方位真方位（（TB））真北向上（真北向上（N-up））航向向上（航向向上（C-up)相相对方位方位真方位真方位（（TB））船首向上（船首向上（H-up））真北向上（真北向上（N-up））航向向上（航向向上（C-up））真运真运动（（TM））► ►按照船舶按照船舶运运动参照系参照系分分为：相：相对运运动显示方式和真运示方式和真运动显示方式示方式 相相对于本船的运于本船的运动方式称方式称为相相对运运动显示方式（示方式（RM，，Relative Motion)￿￿￿￿￿￿￿￿相相对于水面或相于水面或相对于地面的运于地面的运动方式称方式称为真运真运动显示方式（示方式（TM，， True Motion)► ►在不同的雷达在不同的雷达图像运像运动方式下，根据方式下，根据图像的指向方式即从船艏指向像的指向方式即从船艏指向 划分，雷达划分，雷达显示方式可以示方式可以进―步分步分为船首向上、真北向上和航向向船首向上、真北向上和航向向 上等上等显不方。

不方第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院 Q H D H H X Y Q H D H H X Y 秦秦 皇皇 岛 航航 海海 学学 院院第一第一节￿ ￿雷达目雷达目标探探测与与显示基本原理示基本原理。